濕法煙氣脫硫氧化過(guò)程動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、我國(guó)電力生產(chǎn)以燃煤發(fā)電為主,由于中國(guó)煤炭資源的特點(diǎn)是高灰分、高硫,因此近年來(lái)燃煤電廠SO2的污染問(wèn)題日益突出。煙氣脫硫是控制燃煤電廠SO2排放的有效方法。濕式石灰石-石膏煙氣脫硫工藝是當(dāng)今燃煤電廠應(yīng)用最為廣泛的煙氣脫硫技術(shù)。在該工藝中,亞硫酸氫鈣的氧化程度關(guān)系到煙氣中硫分的最終脫除程度,因此,開(kāi)展煙氣脫硫氧化過(guò)程的研究,對(duì)優(yōu)化脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)、提高脫硫效率、保證脫硫裝置穩(wěn)定可靠運(yùn)行和降低運(yùn)行成本具有重要作用。本文以相似原理為基礎(chǔ),對(duì)煙氣脫硫

2、氧化實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。針對(duì)典型300 MW級(jí)煙氣脫硫裝置,采用10:1的縮放比例,獨(dú)創(chuàng)的圓盤(pán)式空氣噴吹方式,使空氣在漿液中的布置更加均勻。經(jīng)CFD模擬及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明,該氧化模擬裝置攪拌均勻、傳質(zhì)性能較好,能應(yīng)用于煙氣脫硫氧化過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究。利用建立的氧化模擬裝置進(jìn)行了亞硫酸鹽的非催化氧化研究。結(jié)果表明,非催化氧化的適宜條件為:亞硫酸鈣初始濃度0.01 mol·L-1、漿液pH值為3.5、漿液初始溫度為55℃、氧分壓60.8 k

3、Pa、攪拌轉(zhuǎn)速6 r·s-1。在實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi),非催化氧化過(guò)程對(duì)HSO3-的反應(yīng)級(jí)數(shù)為1,溶解氧級(jí)數(shù)為0,非催化氧化活化能為71.43kJ·mol-1。該過(guò)程的速率控制步驟為HSO3-的二級(jí)電離。研究了Mn2+、Fe2+催化劑對(duì)亞硫酸氫鈣氧化過(guò)程的催化作用。錳催化動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,氧化反應(yīng)對(duì)錳離子為0.5級(jí)響應(yīng),對(duì)亞硫酸氫鹽為1級(jí)響應(yīng),對(duì)溶解氧為0級(jí)響應(yīng),錳催化氧化反應(yīng)的活化能為40.72 kJ·mol-1,該反應(yīng)的速率控制步驟為錳離子引

4、發(fā)SO32-*基團(tuán)的過(guò)程。鐵催化動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,氧化反應(yīng)對(duì)鐵離子為0.5級(jí)響應(yīng),對(duì)亞硫酸氫鹽為1級(jí)響應(yīng),對(duì)溶解氧為0級(jí)響應(yīng),鐵催化氧化反應(yīng)的活化能為54.52 kJ·mol-1,該反應(yīng)的速率控制步驟為鐵離子引發(fā)SO32-*基團(tuán)的過(guò)程,該機(jī)理與錳催化氧化反應(yīng)機(jī)理基本相同,說(shuō)明兩種催化劑的催化效果相似。首次對(duì)Mn2+和Fe2+聯(lián)合催化氧化過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi),錳鐵聯(lián)合催化氧化反應(yīng)對(duì)錳離子為0.25級(jí)響應(yīng),對(duì)鐵離子為0.25級(jí)

5、響應(yīng),對(duì)亞硫酸氫鹽為1級(jí)響應(yīng),對(duì)溶解氧為0級(jí)響應(yīng),錳鐵聯(lián)合催化氧化反應(yīng)的活化能為43.73 kJ·mol-1。錳鐵聯(lián)合催化氧化反應(yīng)的速率控制步驟為錳離子和鐵離子分別引發(fā)SO32-*基團(tuán)的過(guò)程,符合平行反應(yīng)機(jī)理。建立了煙氣脫硫氧化過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型,其主要表達(dá)式為:該模型能較好地對(duì)氧化過(guò)程進(jìn)行分析和描述。計(jì)算結(jié)果表明,非催化氧化反應(yīng)、錳催化氧化反應(yīng)、鐵催化氧化反應(yīng)和錳鐵聯(lián)合催化氧化反應(yīng)的活化能分別為73.08kJ·mol-1、42.11kJ

6、·mol-1、53.85kJ·mol-1、44.80kJ·mol-1,該計(jì)算結(jié)果與氧化動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)值相對(duì)誤差分別為2.32％、3.40%、1.22%、2.46%。對(duì)石膏結(jié)晶過(guò)程研究結(jié)果表明,漿液中雜質(zhì)的存在能引起晶體形態(tài)的改變,攪拌轉(zhuǎn)速的改變也能引起晶體形態(tài)的改變,一方面是由于攪拌轉(zhuǎn)速降低會(huì)導(dǎo)致亞硫酸氫鈣的氧化效率下降,從而使溶液中硫酸鈣的濃度降低,引起石膏結(jié)晶的推動(dòng)力降低;另一方面,較低的攪拌轉(zhuǎn)速使池中的漿液不能較好地混合,導(dǎo)